滚雪球学Java(55):想让你的程序更有趣?加上这个Java的Random类的小技巧!

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环境说明:Windows 10 + IntelliJ IDEA 2021.3.2 + Jdk 1.8

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前言

  在Java开发中,随机数是一个经常使用的工具。Java提供了一个Random类来生成随机数。Random类可以获得不同种类的随机数,如整数、浮点数、字节数组等。本文将对Java的Random类进行解析,探讨其应用场景和优缺点。

摘要

  随机数是一个重要的数学概念,在Java开发中也占有重要的地位。Java的Random类是一个用来生成伪随机数的工具类,可以产生不同种类的随机数。在本文中,我们将详细介绍Random类的源代码,探讨其应用场景和优缺点,并给出测试用例和全文小结。通过本文的阅读,读者将能够更好地了解Random类在Java开发中的应用。

Random类

概述

  Random类是Java中一个用于生成伪随机数序列的类,它可以用来产生均匀分布或高斯分布的随机数。它使用一个种子(seed)作为起点来生成随机数序列,种子可以是任何32位整数。默认情况下,Random类的种子是系统时间,也可以通过构造函数来设置种子。Random类提供了一系列方法来生成不同类型的随机数,如nextBoolean()nextInt()nextDouble()等,还提供了可以生成指定范围内的随机数的方法,如nextInt(int n)。由于Random类是伪随机数生成器,因此生成的随机数序列不是完全随机的,而是一个周期性变化的序列。因此,在生成伪随机数时,需要注意避免周期性的问题。

源代码解析

  Java中的Random类是生成伪随机数的工具类,可以用来产生随机数。以下是Random类的部分源码解析。

Random类的构造方法:

public Random() {
   
   
    this(seedUniquifier() ^ System.nanoTime());
}

public Random(long seed) {
   
   
    setSeed(seed);
}

  可以发现,Random类有两个构造方法,一个是无参构造方法,一个是有参构造方法。无参构造方法调用了另一个私有的静态方法seedUniquifier(),然后将其返回值与当前时间纳秒数异或后作为种子调用了有参构造方法。

setSeed方法:

public synchronized void setSeed(long seed) {
   
   
    seed = (seed ^ multiplier) & mask;
    this.seed.set(seed);
    haveNextNextGaussian = false;
}

  setSeed方法将传入的参数作为种子,并通过异或运算加入了一个乘数和一个掩码。然后将结果保存在一个AtomicLong类型的seed变量中。

nextInt方法:

protected int next(int bits) {
   
   
    long oldseed, nextseed;
    AtomicLong seed = this.seed;
    do {
   
   
        oldseed = seed.get();
        nextseed = (oldseed * multiplier + addend) & mask;
    } while (!seed.compareAndSet(oldseed, nextseed));
    return (int)(nextseed >>> (48 - bits));
}

public int nextInt() {
   
   
    return next(32);
}

  nextInt方法是Random类中最常用的方法之一,用于生成一个32位的随机整数。这个方法内部调用了next方法,该方法是一个保护方法,按照当前的种子算法生成一个long型随机数,然后返回一个指定位数的随机整数。在next方法中,先从seed变量中获取一个long型种子,然后通过算法生成下一个种子并保存在一个临时变量nextseed中,最后通过CAS操作将nextseed设置为新的种子。接着将nextseed右移(48-bits)位,返回低位的随机整数。

  在Random类的其它方法中,还有nextDoublenextFloatnextBooleannextBytes等方法,它们都是基于nextInt方法生成不同类型的随机数。Random类还提供了一个静态方法setSeed(long seed),可以用于为全局的随机数生成器设置种子。

应用场景案例

  Random类广泛应用于Java开发中随机数的生成,它可以用于:

  1. 游戏开发,随机生成游戏场景、敌人数据等。
  2. 模拟实验,生成随机的测试数据。
  3. 数据库填充,用随机数据填充数据库表。
  4. 加密算法,生成密钥等。

    优缺点分析

    优点

  5. Random类生成的随机数具有很高的随机性,可以满足大部分应用的需求。

  6. Random类的使用非常简单,可以快速地生成各种类型的随机数。

    缺点

  7. Random类生成的随机数是伪随机数,不是真正意义上的随机数。

  8. Random类的性能并不是很高,如果需要大量生成随机数,可能会影响系统性能。

类代码方法介绍

下面对Random类的几个重要方法做简单介绍。

setSeed

public synchronized void setSeed(long seed)

用于设置Random类的种子值,种子值可以影响随机数的生成。

nextInt

public int nextInt(int bound)

  用于生成指定范围内的随机整数。参数bound指定了随机整数的范围,如果bound为正数,随机整数的范围是[0, bound),如果bound为负数,则会抛出IllegalArgumentException异常。

nextLong

public long nextLong()

用于生成64位的随机长整型数。

nextDouble

public double nextDouble()

用于生成0到1之间的随机双精度浮点数。

测试用例

测试代码演示

下面是一个简单的测试用例,用于生成10个随机整数:

package com.demo.javase.day55;

import java.util.Random;

/**
 * @author bug菌
 * @version 1.0
 * @date 2023/10/18 17:55
 */
public class RandomDemo {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
   
   
            System.out.print(random.nextInt(100)+",");
        }
    }
}

测试代码解析

  如上测试用例代码演示了如何使用 Java 中的 Random 类生成随机数。首先,代码通过导入java.util 包中的 Random 类来实现对随机数的生成。然后,代码创建了一个 Random 类的对象 random。使用 random 对象的 nextInt() 方法,可以生成一个随机整数,该方法的参数表示生成的随机数的最大值(不包括最大值本身)。因此,代码中生成的随机整数的范围为 0 到 99。最后,代码使用 for 循环生成和输出了 10 个随机整数。

测试代码结果

执行如上测试用例,结果展示如下:

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全文小结

  本文详细介绍了Java的Random类,包括其源代码解析、应用场景、优缺点分析、类代码方法介绍、测试用例和全文小结。通过本文的阅读,读者可以更好地了解Random类在Java开发中的应用,以及其优缺点和使用方式。

附录源码

  如上涉及所有源码均已上传同步在「Gitee」,提供给同学们一对一参考学习,辅助你更迅速的掌握。

总结

Random类是Java开发中非常常用的一个工具类,可以生成不同种类的随机数。虽然Random类生成的是伪随机数,但在大部分应用场景下已经可以满足需求。读者在使用Random类时,应注意其种子值的设置和性能问题。

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